生物脫氮大講堂—不怕你不會,就怕你搜索不對
氮化合物進入天然水體的途徑有多種,其中城市污水、某些工業廢水和農田排水是主要的氮污染源,未經處理的城市污水中,氮污染物主要是有機氮和氨氮。
對于氨氮常用的物化法有吹脫法、折點加氯法;以下就生物法脫氮做簡單分享。
一、生物脫氮基礎
理論上脫氮機理分為,氨化,硝化,反硝化。如下:
1、氨化作用
有機氮化合物在氨化菌作用下,分解轉化為氨氮,稱為“氨化作用”。氨化作用是脫出羧基和氨基的過程。
氨化菌是異養菌(需要一定碳源),有好氧菌、兼性菌和厭氧菌,因此有機氮很容易被氨化。
2、硝化作用
由種類非常有限的自養微生物完成,分兩步:
一是亞硝酸菌利用氧將氨氮轉化為亞硝酸氮;
二是硝酸菌利用氧將亞硝酸氮轉化為硝酸氮,這一過程統稱硝化。
1)硝化過程:
亞硝酸菌和硝酸菌均為化能自養菌,統稱硝化細菌。屬革蘭氏染色陰性、不生芽孢的短干菌和球菌,以CO2為碳源,從無機物的氧化中獲取能量。生長速率很低(因為NH4+-N和NO2-N氧化過程產能底)。
2)影響硝化反應的環境因素:
? 溫度:影響硝化細菌的比增長速率,及活性,一般4-45℃,最佳30℃。
? 溶解氧:硝化細菌-好氧菌,DO影響反應速率和細菌增長速度。一般DO≥2mg/L。
? 堿度和pH:如反應式,硝化過程產生[H+],消耗堿度,pH會下降。硝化細菌對pH相當敏感(亞硝酸菌pH=7.7-8.1活性最強,硝酸菌pH=7.0-7.8活性最強),pH不適宜時活性急劇下降,pH值波動是致命的。
? C/N比:硝化細菌比增速率很慢,比其它異養菌底一個數量級,污水中的C/N過高(COD/TKN=10-15),對硝化細菌基質競爭不利。
? 泥齡:短時易被洗脫排出。
? 有毒物質:常規毒物對其有害,氨及亞硝酸對其也有毒性,消化污泥上清液回流水就抑制活性20%左右。
3、反硝化作用
在缺氧/厭氧條件下,兼性異養菌將硝酸氮又轉化為亞硝酸氮、繼而還原為氮氣(N2、N2O、NO)釋放出來,這一階段使氮脫除,叫反硝化。
1)反硝化過程
反硝化細菌—異養兼性厭氧菌,自然界很多。包括變形桿菌、假單胞桿菌、小球菌。在有分子氧(O2)存在時,利用O2呼吸降解有機物,無O2時利用NO2-、NO3-作為電子受體。
NOx-N的還原包括同化作用(合成細胞)和異化作用(分解脫氮為N2),異化反硝化為主,占到總脫氮量的70—75%。
2)影響反硝化反應的環境因素
? 溫度:影響反硝化細菌的比增長速率,及活性。一般20—40℃。
? 溶解氧:抑制反硝化菌活性,與硝態氮競爭電子供體。一般DO<0.3mg/L。
另外,反硝化菌體內某些酶只有在有氧條件下合成,所以要求好氧厭氧交替工作。
? 堿度和pH:反硝化過程產生[OH-],積累堿度,正好補充硝化過程中消耗的堿度。
反硝化細菌對pH也敏感,適宜pH=7.0—7.5活性最強,pH不適宜時活性下降,pH值波動是致命的。
? 碳源有機物:有機物是反硝化反應的碳源,也是電子供體,消耗量很大。要求原水中提供或人工加入。
? C/N比:理論上,還原1g硝酸氮——需要碳源2.86g(BOD5),一般原水中的都不夠。
? 有毒物質:反硝化細菌抗毒性能力>硝化細菌,與一般好氧異養菌相同。所以毒性瓶頸在消化過程。
二、污水生物脫氮的基本條件
對于生物脫氮所需要具備的基本條件,久經沙場的水污師們,有這樣的形容:
1、C/N比值是判別能否有效脫氮的重要指標。從理論上講,C/N≥2.86就能進行生物脫氮,但一般認為,C/N≥3.5才能進行有效脫氮。要達到生物脫氮的目的,完全硝化是先決條件,充足的碳源是基本保障。
2、首先硝化得進行,至于反硝化,碳源是關鍵。還有回流比、缺氧池的大小等。
三、實例解答
案例一:規模為12000方/天生活污水,工藝采用兩級A/O+BAF,填料掛膜方式,進水COD160-220mg/L,氨氮28-40mg/L,總磷2-4mg/L。項目從2015年3月20日進場調試,第一步,接種污泥悶曝,第二步間斷進水掛膜,第三步,控制參數馴化污泥。前期進展很順利,掛膜長勢很好,但是氨氮去除率較低。5.1節期間,氨氮去除很好,降到了1mg/L左右,但是只維持了兩個星期,氨氮又升到十幾mg/L。加大曝氣量,減少進水氨氮去除在短時間內,效果很明顯;很快會反彈。
分析原因:停留時間夠,DO夠,pH并不低,污泥附著在膜上,為什么氨氮去除這么低?
解決方法:該污水處理進水城區雨污分流基本沒有,進水水質受天氣波動特別大,這造成可生化系統遭受沖擊特別嚴重。生物膜污泥量較死板,無法進行人工干預,所存在問題主要原因在于生物量遠不夠去除氨氮。針對這一情況,從二沉池回流污泥到前端解決生物量的問題,同時向系統內投放了部分新鮮污泥,增加外回流后,氨氮問題終得到了有效解決。
案例二:污水廠每天水量大概是4500噸水,生化池容積為6500方。進水COD比較低,進水COD80mg/L左右,出水20 mg/L左右。氨氮進水10 mg/L左右,出水1 mg/L左右,總氮進水20 mg/L左右,出水18 mg/L左右,總氮去除率相當低,就是到不了15 mg/L,現在執行的一級A 標。個人懷疑是碳源不足,采購了葡萄糖,目前培養的污泥濃度大概是3000 mg/L左右;現在每天加100公斤葡萄糖。
分析解答:氨氮效率還可以,證明問題出在反硝化了。能影響的就在碳源和回流上??偟獰o外乎跟反硝化關聯。反硝化的條件:DO濃度<0.5mg/L;BOD5/TN>3~5??偟娜ヌ幮?回流比/(回流比+1)*100%。按你原水的總氮20ppm,出水15ppm,去除率也就25%,反推回流比也就1/3。保守點,可按總水量(噸水每小時)的50%來回流至的缺氧池,總氮應該問題不大。但這個里面最大的前提是要核算現有缺氧段的碳源,反推添加的葡萄糖量是否能滿足你反硝化需求的能量。
四、相關問題討論解答
問題1:反硝化濾池進水COD100mg/L,TN,60mg/L,氨氮10mg/L,出水TN會有一點去除嗎?
回答:TN的去除有幾個方面:一是同化去除一部分 ,二是反硝化去除一部分,三是不可生物降解的顆粒性有機氮進入污泥部分,總體下來出水TN估計在40-60mg/L之間,與水質關系特別大。
COD100mg/L,BOD也就40-50mg/L,理論上反硝化1gTN要2.86gBOD,實際運行要>4gBOD,本身其他細菌還要氧化分解BOD自己活,又不是整個池子里全是反硝化菌。估計出水總氮能降低個2mg/L,但是總氮測量誤差一般很大,你測出60多也是可能的。
問題2:AAO 進水量5000-6000每天,總磷進水就超標,目前沒有生物除磷了,都靠加藥,總磷去除不錯,但是總氮總是不好,目前想把厭氧池改為缺氧池進行反硝化脫氮,請問對進入厭氧池的硝酸鹽氮有什么要求嗎?
回答:可以改為缺氧池,但也無太大必要。其實厭氧池一直在脫氮?;亓魑勰嘀兄灰邢醯M入厭氧段首先進行的就是脫氮,因為反硝化菌對碳源的需求比較寬泛,加之其屬于異氧菌,所以進行的比較順利。硝氮濃度降的足夠低后才進行厭氧釋磷,原因很簡單,聚磷菌對碳源的利用是專一性的,即VFA.。VFA作為優質碳源很容易被多種細菌利用,同時因為他含量普遍較低,所以大部分廠子的生物除磷都無法達標而必須借助化學方法。將厭氧池改為缺氧池強化脫氮是沒問題的,但也沒有過大的必要,作用不會有翻天覆地的變化。決定脫碳速率除了上述的進水碳源外還有一個重要因素就是顆粒型碳源的水解速率。溶解性的碳源很快就能參與反硝化,有多少在厭氧或缺氧下都能很快反應。但是顆粒型的碳源就不一樣了需要通過水解發酵作用,轉變為溶解性的才能透過細胞膜被微生物利用。水解的速率與微生物總量是成正相關的。所以可以通過提高污泥濃度來強化這一過程。
問題3:處理養豬場污水,好氧采用的是泥法的A2O工藝,水力停留時間為3天,現階段A池進水COD才可憐的1000g/L,氨氮800mg/L,出水氨氮還有200g/L,COD一直在500g/L左右降不下去,SV30在35%,水溫28℃,O池采用的是推流式,分三個廊道,第二個和第三個廊道出水pH在6.5到7,DO暫時測不了,混合液回流在240%,污泥回流在100%,如果要把氨氮和COD降下去該怎么辦?
回答:因停留時間太短,可以先采?。?/span>
1、降低進水量,提高污泥或者混合液回流比-其實是為了稀釋進水氨氮 2、跨越厭氧設置短路管。
問題4:我廠建在一工業園區處理各個企業排放的綜合工業污水,包括煤化工、制藥污水、靛藍粉廠污水等等;工藝為厭氧池—好氧池—沉淀池—高級氧化,好氧池末端混合液和沉淀池污泥一起回流至好氧進水端,因成本原因高級氧化不常開啟;進水COD指標要求小于500mg/L,出水執行一級B標準;水量水質:COD正常時每天處理水量為20000—23000m3/d, 實測進水COD波動很大,偶有超過2000mg/L的高濃污水進入系統,對生化系統沖擊很大,但3月份平均進水COD約為500mg/L,B/C約0.3,進水氨氮60mg/l,進水TP小于1mg/Ll,出水COD平均值87mg/L,但氨氮去除率非常差,只有10%?,F場參數:污泥濃度3500mg/L,好氧池DO要求控制在2.5—3.5mg/L之間,SVI為72,F/M為0.05左右,每天投加磷肥補充TP至1mg/L;現在最大的問題就是氨氮去除率很差,請問該如何調整?
回答:氨氮去除效率低可能原因:
(1)進入深化系統的pH值偏低(低于7)。
(2)工業廢水水質影響消化菌占優勢。
(3)目前測到的MLSS有效成分不高(如果平時排泥很少的話,則有可能存在的)。
(4)對策方面,如果pH沒有異常,則將MLSS調整到3000mg/L和4000mg/L兩個方向各保持1周后看看氨氮去除情況的變化。
問題5:進水COD為120mg/L左右,NH3-N為40mg/L,要求出水COD為80mg/L,NH3-N為20mg/L,采用A2/O工藝,因為進水COD太低,污泥一直培養不起來,不過COD達標是沒有問題,經過幾個生化池后出水為70mg/L左右,可NH3-N卻不達標,一直是在30mg/L左右,而且進水設計是6萬T/t,可實際只有2萬T/t?,F在有兩種想法,一種是加污泥馴化,可因為進水COD太低,需每天大量投加營養維持,似乎不太現實;另一種是在缺氧區投加化學物質(有攪拌機),或者在曝氣池內投加,用以化學法去除NH3-N,二沉池當作絮凝沉淀池用。哪種方法更好一點,或者說有什么其他更好的方法來處理?
回答:
(1)處理水量也不小,外加碳源的話,成本過高,也是沒有必要的。
(2)既然COD出水已滿足要求,那么氨氮的話,可以通過調整好氧池運行來達到出水要求。
(3)由于硝化菌是自養菌,在碳源不充分的條件下反而有利于硝化菌繁殖,所以,需要控制好氧池的DO不低于3.0mg/L,pH值不低于7.0,且盡可能降低內回流。如此,出水氨氮達標問題不大。
(4)當然,由于硝化反應后,氨氮轉化為硝態氮,所以總氮不會有多大減低,要去除總氮還需要等到進水有機物濃度有所提高后方能充分發揮反硝化的脫氮作用。